作者:倪思洁 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/8/13 17:32:38
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中国散裂中子源迈出产业应用第一步

 

提到大科学装置,不少人或许会想到“大工程”“科学重器”,也有人心里纳闷:这跟我有什么关系?在东莞市大朗镇,就有一个不仅面向国家重大战略需求,同时也服务国民经济发展的大科学装置——中国散裂中子源。

8月11日,作为世界四大散裂中子源之一,中国散裂中子源迈出了产业应用的第一步。这一天,中科院高能物理研究所与东阳光集团联手,正式开展“硼中子俘获治疗项目”的攻关。

“这是中国散裂中子源成果转化的开端。”中科院高能物理所所长、中国科学院院士王贻芳说,按计划,今年9月,散裂中子源将会打出第一束中子,明年,整个工程建设和项目验收工作将全部完成。

散裂中子源是干什么的?

想看清原子、分子长什么样吗,想知道它们在做什么吗?那么,你可能需要一个超级厉害的“显微镜”。散裂中子源就是这个“超级显微镜”,它之所以能这么厉害,要归功于中子的神奇特性。

中子,是组成原子核的基本粒子之一,不带电、穿透力强。当一束中子打到被研究对象上时,它与研究材料中的粒子会发生相互作用,被散射出来,通过测量散射出来的中子能量和速度变化,就可以知道在原子、分子尺度上各种物质的微观结构和运动规律。

散裂中子源,其实就是一个可以产生中子的装置。“50米的直线加速器,能加速负氢离子,并让其获得80兆电子伏特的能量,然后,质子进入环形加速器。通过环形加速,质子能达到16亿电子伏特。这么高能量的质子最后打到一块钨金属靶上,把中子‘撞’出来。”中国散裂中子源工程副经理傅世年告诉《中国科学报》记者。

作为探索物质微观结构的利器,散裂中子源可以为生命科学、材料科学、化学化工、物理,资源环境,先进能源等领域的研究和相关高新技术开发,提供强有力的研究手段,促进我国在重要前沿研究领域实现新突破,为多学科研究在国际上取得一流的创新性成果提供重要的技术条件保障。

散裂中子源不是唯一能产生中子的装置,我国还有两个反应堆中子源装置——中国先进研究堆(CARR)和中国绵阳研究堆(CMRR),它们可以提供连续中子束。而中国散裂中子源是我国唯一能通过加速器打靶产生中子的装置,它与世界上正在运行的美国散裂中子源、日本散裂中子源、英国散裂中子源一起,成为世界四大脉冲散裂中子源。

中子是怎么治疗癌症的?

治疗癌症,是中子与硼-10相遇后带来的“福利”。这种治疗方法被称为“硼中子俘获治疗”。

治疗过程类似一场细胞级别的定向爆破。首先,硼-10药物会“潜伏”进癌细胞,接着,中子让硼-10变成一个小炸弹,把癌细胞炸死,而不损伤附近的正常细胞。

“我们会先给病人注射含硼-10的药物,这种药物与癌细胞有很强的亲和力,会迅速聚集到癌细胞内,而其他组织内分布很少。当硼-10被中子照射到时,通过核裂变,释放出杀伤力极强的射线。这种射线射程很短,只有一个细胞的长度,可以杀死癌细胞而不损伤周围组织。”深圳东阳光公司研究院副院长李建霖告诉《中国科学报》记者。

硼中子俘获治疗可以实现细胞尺度的精准治疗,被认为是脑胶质瘤、黑色素瘤最佳治疗手段,并已用于肝癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、乳腺癌等其他脏器肿瘤的试治疗。

早期的硼中子俘获治疗设备主要依赖于大型核反应堆提供中子,不便于建在人口稠密的城市中。近十年来,随着强流质子加速器技术的迅速发展,使得硼中子俘获治疗在医院的广泛使用成为可能。据了解,日本政府已将基于的加速器硼中子俘获治疗作为战略产业进行扶持,大步迈入产业化推广阶段。美国、英国、俄罗斯、韩国等多国也正在加紧研发。

迈出“第一步”之后呢?

产生中子的第一步迈出去了,新的技术挑战也随之而来。“质子打靶产生中子,但在治疗过程中,我们需要能够有效控制中子能量,使其速度慢下来,达到治疗需要的能量,再通过整形集成,在治疗计划软件和测量系统的控制下,中子束照射病灶区域,达到杀灭癌细胞的功效。”中科院高能所技术发展与经营管理处处长马创新说。

另一方面,掺硼药物的开发也面临技术难点。“我们要保证健康组织和血液中的硼-10浓度要远小于肿瘤组织中的硼药浓度,以免杀伤正常组织细胞从而产生副作用,这就需要研发机构具有丰富的抗肿瘤药物开发经验和强大的化学合成能力。”李建霖说。

因此,双方将合作开展技术研发和产业化工作,先在中国散裂中子源园区建设国内首台基于加速器的硼中子俘获治疗装置,开展物理测量实验、掺硼药物细胞实验以及动物试验。然后升级改进设备,开展临床治疗,申请药监局医疗器械注册证,并最终完成首座商业化硼中子俘获治疗中心建设。

对于中国散裂中子源来说,癌症治疗装置的开发这一步还只是散裂中子源技术推广的一小步。

为了让散裂中子源效用更充分地发挥出来,从建设伊始,中科院高能物理所就十分注重用户培养。“我国目前的中子散射用户还比较少,我们需要让他们知道中子散射技术可以帮他们实现创新研究的更高目标。”中科院高能物理所东莞分部中子科学部副主任梁天骄告诉记者,他们鼓励用户参与国际交流,并了解用户需求,如他们对样品环境的要求,对设备设计的意见,对数据处理、分析软件的建议等。

时至今日,背靠青山,“中国散裂中子源”七个红色大字分外显著。遥想2011年前的秋天,项目奠基之时,中国科学院院长、党组书记白春礼表示,散裂中子源工程的建设,是迎接新科技革命挑战,抢占未来经济、科技产业发展制高点、培育战略性新兴产业的需要。经过7年建设,原本在沙盘里才能看见的散裂中子源变成了现实,而下一步,就是满足战略需求,促进科技创新,服务民生发展。

 
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2017/8/14 9:38:37 nqed
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